Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "электромеханические системы"

Общие указания

Построение систем по принципу подчиненного регулирования представляет собой один из способов реализации систем автоматического управления с высокими статическими и динамическими характеристиками. Системы, построенные по многоконтурному варианту – принципу подчиненного регулирования, обладают существенными достоинствами. Идеи построения систем по принципу подчиненного регулирования возникли и успешно применяются при автоматизации электроприводов главным образом постоянного тока. Однако эти идеи с успехом могут быть использованы для решения задач синтеза и других систем управления. Сущность данного подхода заключается в том, что в системе помимо основной регулируемой величины рассматриваются и другие (промежуточные) координаты, определяющие состояние системы, а затем образуются контуры регулирования всех выделенных величин. Таким образом, получают многоконтурную систему, в которой контуры как бы вложены последовательно от внутреннего контура к внешнему – контуру регулирования основной физической величины. При таком подходе используется как бы метод последовательной коррекции в сочетании с корректирующими обратными связями. Каждый контур, начиная с внутреннего, настраивается таким образом, чтобы разомкнутый контур представлял собой реальную однократно интегрирующую систему. Реальность состоит в том, что реализовать идеальную интегрирующую систему не представляется возможным, поскольку в каждом контуре помимо больших постоянных времени объекта, подлежащих компенсации, содержатся одна или несколько малых, не компенсируемых постоянных времени (усилителей, преобразователей, фильтров).

Н
астройка регулятора обеспечивает реализацию контура как системы второго порядка с одним интегрирующим и одним инерционным звеньями, постоянная времени которого есть некомпенсируемая малая постоянная или сумма всех малых постоянных данного контура. Малая постоянная времени замкнутого внутреннего контура обычно является некомпенсируемой малой постоянной времени последующего внешнего контура, а если в этом контуре есть еще и свои малые постоянные времени (например, фильтров), то его малая постоянная времени снова образуется как сумма всех малых постоянных. В лабораторной работе рассматривается система регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения с подчиненным токовым контуром, структурная схема которой представлена на рис. 2.1. Данная структура включает следующие элементы: Ф - фильтр, предназначенный для сглаживания коллекторных пульсаций тахогенератора; РС - регулятор скорости; РТ - регулятор тока; У - усилитель мощности; Д - двигатель постоянного тока (пунктиром показана внутренняя обратная связь по ЭДС); ДТ - датчик тока; ДС - датчик скорости.

В
результате структурных преобразований избавляемся от перекрещивающихся связей и получаем структуру, представленную на рис. 2.2, включающую все ранее перечисленные элементы с указанием передаточных функций:

; ?, ? - требуется определить в результате расчета; ; kт- коэффициент передачи обратной связи по току; kс - коэффициент передачи обратной связи по скорости.

Передаточная функция двигателя в результате преобразований представлена в виде двух звеньев WД1(s)в контуре тока и WД2(s)в контуре скорости: для случая, неучитывающего влияния внутренней обратной связи по ЭДС, т. е. при TЭМ>>TЯ, или с учетом влияния обратной связи по ЭДС; , , , RШ- сопротивление обратной связи по току.

Расчет контура тока

Расчет начинается с внутреннего контура - контура тока. В этом контуре в качестве компенсируемой части объекта принимается входящая в него передаточная функция двигателя WД1(s). Некомпенсируемым звеном является усилитель, постоянную времени которого принимаем за малую постоянную времени контура тока, т. е. Tμт= TУ , где Тμт малая некомпенсируемая постоянная времени контура тока. Тогда, в соответствии с изложенным, ставиться задача определения передаточной функции регулятора тока WPT(s) из условия получения передаточной функции разомкнутого контура тока WKT(s) в виде однократно интегрирующей системы, т. е.

,

где Т0параметр, определяемый настройкой регулятора.

Известно, что динамические качества контура определяются видом передаточной функции замкнутого контура. Для замкнутого контура тока имеем

. (2.1)

Выражение (2.1) может быть представлено как передаточная функция стандартного колебательного звена, т. е.

,

, ,

где Т - постоянная времени колебательного звена; ζ - коэффициент затухания (или демпфирования) колебательного звена.

При ζ = 1, т. е. при имеем предельный случай апериодического звена. Однако при выборе соотношения , обеспечивается большее быстродействие, поскольку в технических системах длительность процесса определяется временем вхождения в зону установившегося значения с точностью %. В случае и ζ=0.707 имеем колебательный процесс, но с максимальным перерегулированием всего 4.3 %, вот почему в этом случае быстродействие будет выше, чем при . Настройка контура на соотношение и ζ = 0.707 является настройкой на модульный оптимум (МО). Итак, для контура тока имеем:

,

а так как ,то

. (2.2)

С другой стороны, из структурной схемы (рис. 2.2) имеем:

,

откуда

. (2.3)

Подставив в (2.3) выражения передаточных функций всех звеньев, а WKT(s) из (2.2), получим передаточную функцию регулятора, при этом принято WД1(s) без учета влияния ЭДС, так как в нашем случае ТЭМ>>ТЯ:

,

или

,

где ; ; .

Расчет контура скорости

Контур скорости включает в себя замкнутый контур тока. Структурная схема представлена на рис. 2.3. При настройке контура на модульный оптимум передаточная функция контура имеет вид:


,

где - некомпенсируемая малая постоянная времени контура скорости.

Из структурной схемы рис. 2.3 имеем

. (2.4)

Из (2.4) выражаем передаточную функцию регулятора скорости:

, (2.5)

где .

Тогда, приняв за малую некомпенсируемую постоянную времени контура скорости Тμс величину, равную сумме малой постоянной времени контура тока 2ТУ и постоянной времени фильтра ТФ, т. е. , получим из (2.5) передаточную функцию регулятора скорости

. (2.6)

Таким образом, при настройке контура скорости на модульный оптимум получаем П-регулятор с коэффициентом передачи kРС, определяемым выражением (2.6).

Важнейшим показателем, характеризующим качество системы стабилизации скорости, является статическая точность ее работы, т. е. значение установившейся ошибки при возмущающем воздействии. Рассчитать установившиеся ошибки по управляющему и возмущающему воздействиям можно, используя передаточные функции системы по сигналу ошибки. Однако проще и нагляднее их можно выразить из уравнения равновесия прохождения сигналов в исследуемой структуре. Для нее можно записать (см. рис. 2.3):

. (2.7)

Уравнение (2.7) записано в приращениях по управляющему UЗ(s) и возмущающему Iс(s) воздействиям. Выразить передаточные функции по соответствующему воздействию можно, полагая Iс(s) = 0 или Uз(s) = 0. Далее, устремив s0, получить значения установившихся ошибок. Положив Uз(s) = 0, выразим из (2.7) отношение ω(s)Iс(s) и после подстановки в него выражений для всех входящих передаточных функций и упрощений получим

,
,

и учитывая, что , получим

. (2.8)

В установившемся режиме (s0) относительный перепад скорости ω/Δωс определяется из (2.8) при s0 и выражается

,

где Δωс- естественный статический перепад скорости от приложенной нагрузки.

Если полученное таким образом значение ошибки не соответствует техническим требованиям, необходимо повысить порядок астатизма в той части системы, которая существует слева от места приложения возмущающего воздействия (см. рис. 2.3). Чаще всего в этом случае переходят к настройке контура скорости на симметричный оптимум (СО), т. е. используют в качестве регулятора скорости ПИ-регулятор. В нашем случае

  1. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "элементы и устройства автоматических систем"

    Методические указания
    Исследование элементов систем управления: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Элементы и устройства автоматических систем" / Сост.
  2. Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы"

    Методические указания
    Исследование элементов и синтез систем автоматического управления: Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы", "Технические
  3. Методические указания к проведению лабораторных работ по дисциплине «автоматизированный электропривод» часть основы электропривода

    Методические указания
    Цель работы — изучить механические характеристики электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением и способы регулирования его частоты вращения.
  4. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей, все формы обучения

    Методические указания
    Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» составлены на основании рабочих программ дисциплины «Безопасность жизнедеятельности».
  5. Учебно-методический комплекс по дисциплине «управление техническими системами» для студентов 4 курса специальности: 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» (СМ)

    Учебно-методический комплекс
    Цель учебной дисциплины состоит в том, чтобы на основе изу­чения теории автоматического управления, принципа действия, кон­структивных особенностей и области применения устройств авто­матики, методов их построения, эксплуатации и ремонта
  6. Обеспечение образовательного процесса учебной и учебно-методической литературой по заявленным к лицензированию образовательным программам n п/п (13)

    Программа
    Reimann, Monika. Основы грамматики = Grundstufen-Grammatik. Russische Version : немецкий язык как иностранный : объяснения и упражнения / M. Reimann .— Ismaning : Max Hueber Verlag, 2 .
  7. Отчет о самообследовании основной образовательной программы по специальности 260203 Технология сахаристых продуктов

    Содержательный отчет
    Подготовка дипломированных специалистов по основной образовательной программе (ООП) по специальности 260203 Технология сахаристых продуктов ведется в Воронежской государственной академии с 1924 года.
  8. План издания учебной и методической литературы уральского государственного университета путей сообщения на 2009 год

    Документ
    Лабораторные работы по программированию в системе Delpfi для специальностей 190402–Автоматика, телемеханика и связь, 080801– Прикладная информатика в экономике
  9. Программа дисциплины по кафедре "Cтроительные и дорожные машины " технические основы создания машин

    Программа дисциплины
    Программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями Государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом

Другие похожие документы..